高速鐵路牽引變電所常見設(shè)備故障及處理

王春旭，喬 壘，劉 聰，趙國(guó)禮

(濟(jì)南鐵路局，山東 濟(jì)南 255000)

0 引言

京滬高速鐵路開通運(yùn)營(yíng)兩年多來，變電所采用高標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)的設(shè)備，總體上保持著安全可靠運(yùn)營(yíng)，保證了對(duì)高速鐵路動(dòng)車組的安全可靠供電。但也時(shí)常發(fā)生一些設(shè)備故障，給高速鐵路的安全運(yùn)行帶來了一定的威脅，有必要對(duì)這些常見設(shè)備故障進(jìn)行總結(jié)分析，制定相應(yīng)處理方案，在故障發(fā)生時(shí)采取措施，將故障的影響降到最低。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

京滬高速鐵路220kV 斷路器采用SF6 斷路器，彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

牽引變壓器采用220/2 ×27.5kV 三相Vv 結(jié)線油浸自冷變壓器，風(fēng)冷。

220kV 電流互感器采用干式電流互感器。

避雷器采用氧化鋅避雷器。

電壓互感器采用油浸式互感器。

2 ×27.5kV 開關(guān)設(shè)備采用戶內(nèi)SF6 氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)。

需要改變運(yùn)行方式的開關(guān)采用電動(dòng)隔離開關(guān)，需要當(dāng)?shù)貦z修操作的采用手動(dòng)隔離開關(guān)。

電力變壓器采用戶內(nèi)干式環(huán)氧樹脂絕緣變壓器。

2 常見設(shè)備故障及處理

變電所設(shè)備由于標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)含量高，故障原因較為復(fù)雜。根據(jù)京滬高鐵運(yùn)行兩年多來發(fā)生的設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)，按性質(zhì)可分為:電氣故障、機(jī)械故障、絕緣故障;按設(shè)備可分為:主變壓器故障、斷路器故障、隔離開關(guān)故障、GIS 柜漏氣故障、交直流系統(tǒng)故障、二次回路故障、測(cè)控保護(hù)裝置故障、通訊裝置故障、測(cè)距裝置故障等。日常運(yùn)行值班中斷路器、隔離開關(guān)、GIS 柜氣室氣壓低、自用變系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備故障較多。

2.1 斷路器故障

由于饋線斷路器平時(shí)操作較多，發(fā)生故障的概率也較高，主要有拒合、拒分、氣室壓力過低和電氣絕緣或接觸不良導(dǎo)致的放電等。

2.1.1 饋線斷路器操作拒合

(1)拒合原因:若斷路器僅遠(yuǎn)方操作拒合，可能原因有通道、通訊裝置故障、測(cè)控裝置故障(含遙控處理板、出口繼電器)、遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換開關(guān)接觸不良、調(diào)度主站程序設(shè)置問題等。若所內(nèi)操作拒合，則區(qū)分是機(jī)械故障還是電氣故障，機(jī)械故障可能原因有機(jī)構(gòu)卡滯及異常、行程開關(guān)彈簧變形、合閘閉鎖電磁鐵卡滯、連桿折斷造成合閘后又分開等。電氣故障可能原因有控制回路接線松動(dòng)、合母電源線松動(dòng)、本體輔助接點(diǎn)接觸不良、合閘線圈燒損、氣室低氣壓閉鎖、GIS 柜KC2 繼電器接點(diǎn)接觸不良、合閘回路空開未合、合閘回路端子強(qiáng)度不夠、柜內(nèi)端子排連片滑絲松動(dòng)、合閘回路絕緣不良等。其中很多信息可以在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)報(bào)警信息框中監(jiān)測(cè)到，如控制回路斷線、氣室低氣壓、信號(hào)未復(fù)歸、電源失電等，所以無論是供電調(diào)度員還是值班員應(yīng)密切監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警等，及時(shí)通知人員檢查處理，消除設(shè)備隱患。

(2)處理方法:斷路器在供電調(diào)度遠(yuǎn)方操作拒合時(shí)，首先查看通道狀態(tài)、報(bào)警信息框內(nèi)有無控制回路斷線、低氣壓閉鎖等報(bào)警信息，并詢問值班員所內(nèi)有無異常情況，如無異常情況時(shí)可再進(jìn)行遠(yuǎn)方操作一次，如仍拒動(dòng)則下令所內(nèi)值班員在當(dāng)?shù)乜刂破辽喜僮?，仍拒合則立即到該斷路器GIS 柜本體上進(jìn)行合閘操作。若所內(nèi)值班員在斷路器GIS 柜上操作仍拒合，說明斷路器本體有故障，供電調(diào)度應(yīng)遠(yuǎn)方倒閘操作，由同方向另一行別斷路器通過上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)帶上下行接觸網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)遠(yuǎn)方操作發(fā)生的拒動(dòng)如所內(nèi)檢查無異常，還應(yīng)通知遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)廠家對(duì)程序進(jìn)行檢查。

2.1.2 饋線斷路器操作拒分

(1)拒分原因:從運(yùn)行情況來看，饋線斷路器遠(yuǎn)動(dòng)操作拒分的原因有主站程序和設(shè)備故障、通訊裝置故障、測(cè)控裝置故障(含遙控處理板、出口繼電器)、遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換開關(guān)接觸不良等。當(dāng)?shù)鼐芊值碾姎庠蛴锌刂苹芈方泳€松動(dòng)、分閘線圈接線松動(dòng)、分閘回路端子強(qiáng)度不夠、信號(hào)未復(fù)歸、柜內(nèi)端子排連片滑絲松動(dòng)、輔助接點(diǎn)粘連及接觸不良、控制回路失電等;機(jī)械原因有機(jī)構(gòu)卡滯及異常、行程開關(guān)彈簧變形、操作機(jī)構(gòu)連桿折斷。

(2)處理方法:斷路器遠(yuǎn)動(dòng)操作分閘拒動(dòng)時(shí)，首先查看通道狀態(tài)、報(bào)警信息框內(nèi)有無控制回路斷線、低氣壓閉鎖等報(bào)警信息，并詢問值班員所內(nèi)有無異常情況，如無異常情況時(shí)可再進(jìn)行遠(yuǎn)方操作一次，如仍拒分則下令所內(nèi)值班員當(dāng)?shù)乜刂破辽喜僮?，仍拒分則立即到該斷路器GIS 柜本體上進(jìn)行分閘操作。同樣對(duì)遠(yuǎn)方操作發(fā)生的拒動(dòng)如所內(nèi)檢查無異常，還應(yīng)通知遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)廠家對(duì)程序進(jìn)行檢查。

2.1.3 饋線斷路器誤動(dòng)

(1)誤分原因主要有綜自系統(tǒng)程序錯(cuò)誤、電磁干擾、合閘連桿折斷、自保持機(jī)構(gòu)調(diào)整不良、外界震動(dòng)時(shí)引起誤分閘、控制回路兩點(diǎn)短接(如兩點(diǎn)直流接地)造成分閘線圈受電而分閘等。誤合原因主要有綜自系統(tǒng)程序錯(cuò)誤、控制回路兩點(diǎn)接地時(shí)造成誤動(dòng)、保護(hù)整定值不合理、繼電器受干擾誤動(dòng)作或接點(diǎn)粘接未斷開等。

(2)處理方法:處理時(shí)先看有無報(bào)警信息，通知值班人員確認(rèn)斷路器實(shí)際位置，無人值班時(shí)，調(diào)度端做好記錄，可再操作一次，若仍有誤分或誤合現(xiàn)象，隔離故障斷路器，倒備用回路供電，立即通知人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)斷開誤動(dòng)斷路器操作電源及電機(jī)電源，并對(duì)斷路器進(jìn)行檢查處理。

2.1.4 斷路器電氣絕緣或接觸不良放電

處理方法:發(fā)生此類故障時(shí)變電所值班員應(yīng)立即在確保安全的情況下對(duì)高壓室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡視，了解設(shè)備情況，危及安全運(yùn)行時(shí)先行切斷電源，隔離故障斷路器，及時(shí)報(bào)告供電調(diào)度，采取迂回供電或越區(qū)供電方式恢復(fù)接觸網(wǎng)供電。

2.2 隔離開關(guān)故障

(1)原因:隔離開關(guān)故障主要有拒分、拒合、分合閘不到位、顯示位置不正確等，原因有電機(jī)及電源線故障、制動(dòng)電阻故障造成的合閘回路不通、端子排接線松動(dòng)、斷路器與隔離開關(guān)閉鎖輔助接點(diǎn)粘連、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡滯、連桿變形、接地刀閘不到位閉鎖、操作電源失電、GIS 柜內(nèi)二次配線松動(dòng)造成的三工位開關(guān)控制器PLC 工作電壓不足等。

(2)處理方法:遠(yuǎn)動(dòng)拒分或拒合時(shí)，值班員進(jìn)行所內(nèi)控制屏和GIS 柜本體操作，如仍當(dāng)?shù)鼐軇?dòng)，投入備用設(shè)備，并通知檢修人員進(jìn)行搶修處理。如所內(nèi)檢查無異常，還應(yīng)通知遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)廠家對(duì)程序進(jìn)行檢查。

2.3 GIS 柜氣室壓力低故障

(1)主要因?yàn)槊芊饽z墊質(zhì)量不佳，安裝工藝不達(dá)標(biāo)，開關(guān)振動(dòng)或運(yùn)行老化。

(2)處理方法:發(fā)生此類故障時(shí)搶修人員應(yīng)及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)試GIS 柜壓力情況，查找測(cè)試漏氣點(diǎn)，漏氣不嚴(yán)重可維持安全運(yùn)行，否則要盡快利用天窗點(diǎn)進(jìn)行密封膠墊更換或緊固處理，不能維持運(yùn)行時(shí)采取迂回、越區(qū)或另一行別帶上下行供電方式。

2.4 變壓器漏油

變壓器漏油的常見因素有器身緊固件連接不緊密、連接部件銹蝕和質(zhì)量問題、環(huán)境溫度影響等。

處理方法:漏油嚴(yán)重不能保證安全運(yùn)行時(shí)立即倒由備用系統(tǒng)供電，將故障變壓器退出運(yùn)行，通知檢修人員檢查，對(duì)輕微滲油的變壓器在不危及供電安全的，由設(shè)備管理單位聯(lián)系廠家在天窗點(diǎn)內(nèi)倒由備用系統(tǒng)供電后進(jìn)行停電處理。

2.5 交流自用變系統(tǒng)故障

自用變系統(tǒng)常見故障有交流系統(tǒng)10kV 自用變二次側(cè)電壓顯示不正常、兩路電源不能自動(dòng)倒切等。原因一般為交流變送器故障、電源采集模塊故障、電纜分接箱熔斷管熔斷或接觸不良、施工調(diào)試不徹底導(dǎo)致的電纜分接箱內(nèi)負(fù)荷開關(guān)三相觸頭不同期、接觸器故障等。

處理方法:一般都能自動(dòng)倒至另一路交流電源供電，如不能自動(dòng)倒切，由值班員進(jìn)行手動(dòng)倒切。對(duì)電纜分接箱內(nèi)熔斷器、負(fù)荷開關(guān)故障，設(shè)備管理單位應(yīng)及時(shí)提報(bào)停電計(jì)劃進(jìn)行更換或調(diào)試處理。對(duì)于交流變送器故障、電源采集模塊故障、接觸器故障應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家進(jìn)行更換，督促廠家提高設(shè)備質(zhì)量。

2.6 遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備故障

遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備常見故障有測(cè)控保護(hù)裝置故障、通訊裝置故障、測(cè)距裝置故障等。

2.6.1 測(cè)控保護(hù)裝置問題

(1)在近點(diǎn)短路時(shí)不能及時(shí)快速切除故障

處理方法:合理設(shè)置保護(hù)及其定值，及時(shí)進(jìn)行保護(hù)設(shè)置的優(yōu)化，投入饋線電流速斷保護(hù)，將電流定值設(shè)置為3500A，時(shí)間設(shè)置為0.04S。

(2)測(cè)控保護(hù)裝置死機(jī)問題

處理方法:首先安排變電所值班員對(duì)測(cè)控保護(hù)裝置進(jìn)行重啟，如重啟后仍不正常，設(shè)備管理單位要及時(shí)聯(lián)系廠家進(jìn)行處理，值班員要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視。

2.6.2 測(cè)距裝置及測(cè)距準(zhǔn)確性問題

高速鐵路變電所饋線設(shè)置了故障測(cè)距裝置，采用吸上電流比和電抗比原理進(jìn)行測(cè)距。在重合成功的情況下吸上電流比測(cè)距較準(zhǔn)確，在重合失敗的情況下，電抗比原理測(cè)距較準(zhǔn)確。在開通初期，由于在設(shè)計(jì)上對(duì)測(cè)距裝置測(cè)距段數(shù)設(shè)置不合理，測(cè)距誤差較大，后期根據(jù)跳閘及計(jì)算不斷修正，現(xiàn)在大多數(shù)跳閘測(cè)距誤差基本控制在500m 以內(nèi)。因?yàn)樘l后要根據(jù)測(cè)距和保護(hù)裝置的測(cè)距數(shù)據(jù)來指揮動(dòng)車組限速，所以需要繼續(xù)修正，將誤差限制在合理范圍內(nèi)，不斷提高測(cè)距數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，確保行車和供電安全。

處理方法:一是根據(jù)跳閘時(shí)實(shí)際發(fā)現(xiàn)的故障點(diǎn)對(duì)測(cè)距裝置內(nèi)部參數(shù)不斷優(yōu)化，提高測(cè)距裝置測(cè)距準(zhǔn)確性;二是對(duì)動(dòng)車組限速里程合理設(shè)置，使限速范圍大于故障測(cè)距誤差范圍，對(duì)無法準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)的供電臂實(shí)行整個(gè)供電臂內(nèi)限速，保證動(dòng)車組和接觸網(wǎng)運(yùn)行安全。

2.6.3 通訊裝置故障

通訊裝置故障的發(fā)生雖然不至于導(dǎo)致中斷供電，但會(huì)延誤故障的處理，增加故障停電時(shí)間，必須引起各級(jí)人員的高度重視。

常見故障有通道中斷、調(diào)度端開關(guān)位置與現(xiàn)場(chǎng)不對(duì)應(yīng)、自用變光纖交換機(jī)通訊模板故障、光端機(jī)通訊端口故障、遠(yuǎn)動(dòng)及通信管理機(jī)死機(jī)、通訊模塊電源開關(guān)跳閘及模塊故障、遙信端子接觸不良、遙信及遙測(cè)處理板故障、通訊網(wǎng)線松動(dòng)或虛接等。

處理方法:發(fā)生故障后首先對(duì)通訊裝置進(jìn)行檢查，檢查電源是否正常，排除電源因素;如電源正常，接著檢查通訊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，看運(yùn)行指示燈是否正常閃爍，確定故障設(shè)備，重啟該故障設(shè)備。如仍不正常，檢查裝置是否存在光耦端子、接線松動(dòng)或接觸不良、處理板等易損設(shè)備故障，進(jìn)行相應(yīng)緊固處理或更換處理;如均正常再對(duì)通訊裝置程序設(shè)置進(jìn)行檢查，檢查IP 地址、波特率、正負(fù)邏輯、規(guī)約是否設(shè)置正確，遙信信號(hào)是否被取反等。對(duì)通訊裝置死機(jī)原因進(jìn)行檢查，看是否存在散熱不良、積塵和干擾等情況，及時(shí)采取措施予以處理。

3 建議

第一，嚴(yán)把施工驗(yàn)收關(guān)。施工中施工單位為趕進(jìn)度，施工質(zhì)量不高，一、二次端子接線松動(dòng)、二次接線帶皮壓接的問題很多，如不及早處理，運(yùn)行中就會(huì)大量出現(xiàn)，應(yīng)加強(qiáng)新上高鐵變電設(shè)備的驗(yàn)收檢查。

第二，驗(yàn)收時(shí)要做好斷路器和隔離開關(guān)的傳動(dòng)試驗(yàn)和遠(yuǎn)動(dòng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，對(duì)綜自設(shè)備、開關(guān)動(dòng)作信息、跳閘報(bào)告等進(jìn)行核對(duì)，確保信息正確顯示，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

第三，對(duì)變壓器、自耦變壓器等密封情況重點(diǎn)檢查，防止在運(yùn)行中滲油情況的發(fā)生。

第四，嚴(yán)把廠家產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。如通訊管理機(jī)問題經(jīng)常出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅著設(shè)備的安全運(yùn)行。對(duì)廠家的設(shè)計(jì)嚴(yán)格把關(guān)，如AT 故障測(cè)距功能里沒有公里標(biāo)問題。

4 結(jié)束語

變電所設(shè)備的安全可靠直接影響著高速鐵路的安全運(yùn)行，需要不斷積累高速鐵路變電運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，探索變電設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)新技術(shù)，為高速鐵路的安全運(yùn)行提供可靠的保障。

［1］鄭州鐵路局.高速鐵路供電［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

［2］陳小強(qiáng).變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)常見故障處理及日常運(yùn)行維護(hù)［J］.電氣工程與自動(dòng)化，2011(27)：13.